第四章放射线与物质的相互作用

第四章放射线与物质的相互作用学习目标1、掌握X(或γ)射线与物质相互作用规律及光电效应、康普顿效应、电子对效应发生机制2、掌握诊断X射线能量范围内，射线与组织相互作用各种效应发生几率及对影像质量、辐射剂量的影响3、了解X(或γ)射线与物质作用规律在射线诊断、屏蔽防护中的应用课程导入：X射线与γ射线X射线与γ射线本质都是电磁波，且都属电离辐射X射线是高速电子与物质相互作用产生的γ射线是从原子核衰变中放射出来的γ射线能量比X射线能量更高，具有更强的穿透本领一、X射线与物质的相互作用一、X射线与物质的相互作用第二节X射线与物质相互作用的主要过程光电效应（一）光电效应又称光电吸收，是X线光子能量被原子全部吸收的作用过程第二节X射线与物质相互作用的主要过程（二）光电效应的发生几率与物质原子序数的4次方成正比与入射光子能量的3次方成反比原子边界限吸收当入射光子能量恰好等于原子轨道电子结合能时，吸收系数突然增加物质原子的边界限吸收特性很有实用价值，可在防护材料的选取、复合防护材料配方及阳性造影剂材料的制备等方面得到应用第二节X射线与物质相互作用的主要过程（三）光电效应中的特征放射K系特征放射：钡37.4keV

碘33.2keV

产生灰雾人体软组织0.5keV

钙4keV

人体吸收第二节X射线与物质相互作用的主要过程知识拓展：诊断放射学中的光电效应有利面①不产生散射线，减少照片灰雾②增加人体不同组织的X线吸收差别，提高对比度不利面增加了人体的X线吸收剂量，不利于X线防护可用高千伏摄影技术降低X线吸收剂量第二节X射线与物质相互作用的主要过程三、康普顿效应一）康普顿效应又称为康普顿散射，是X线光子能量被部分吸收而产生散射的过程第二节X射线与物质相互作用的主要过程三、康普顿效应作用位置：原子最外层电子条件：X光子能量远大于外层电子结合能相等hυ>>W次级粒子：反冲电子、散射X光子、正离子第二节X射线与物质相互作用的主要过程（二）康普顿效应的发生几率第二节X射线与物质相互作用的主要过程（三）散射光子的角分布入射线能量仅能发生康普顿效应时，散射光子近似对称于90°分布随着入射光子能量的增大，散射光子的分布趋向前方X线机曝光产生X线时，散射光子将充满整个检查室第二节X射线与物质相互作用的主要过程知识拓展：诊断放射学中的康普顿效应不利面①照片产生灰雾，降低影像质量②增加防护难度在X线摄影过程中，特别是高千伏摄影时，为减少散射线对图像质量的影响，必须使用滤线栅第二节X射线与物质相互作用的主要过程四、电子对效应（一）电子对效应：如果入射X线光子能量大于等于1.02MeV，在与物质原子的原子核发生相互作用时，X线光子突然消失，同时转化为一对正、负电子能质转换的典型第二节X射线与物质相互作用的主要过程作用位置：原子核条件：X光子能量hυ≥1.02MeV(在诊断X线能量范围内不可能发生)第二节X射线与物质相互作用的主要过程（二）湮灭辐射慢化的正电子在停止前的一瞬间与物质中的自由电子结合，随即向相反方向射出两个能量各0.51MeV的光子质能转换的典型练习题在一般的医学应用中，射线与物质相互作用时，主要产生的两个效应是A.光电效应和电子对效应B.光电效应和康普顿效应C.康普顿效应和电子对效应D.康普顿效应和电离E.瑞利散射和康普顿效应答案：B练习题当光子与物质相互作用时，光子将部分能量用于逐出轨道电子，且剩余的能量变为电子的动能，这是A.康普顿效应B.光电效应C.电子对效应D.电离E.轫致辐射答案：B练习题光子与物质相互作用时，光子波长增加，方向改变，这是由于A.光电效应B.康普顿效应C.汤姆逊散射D.瑞利散射E.电子对产生答案：B练习题康普顿散射的特征是A.产生光电子B.产生俄歇电子C.产生反冲电子D.产生正、负电子对E.入射光子能量不变答案：C练习题光电效应的特征A.产生光电子B.入射光子能量不变C.发射二次电子D.产生正、负电子对E.产生反冲电子答案：A练习题以下天于康普顿效应的叙述，错误的是A.散射光子的波长小于入射光子B.在相互作用中，光子只将一部分能量传递给外层电子C.散射角α越大，散射光子能量越小D.康普顿效应发生概率随入射光子能量增大而减小E.正向碰撞时，反冲电子获得的能量最多答案：A练习题下列反应最有可能产生俄歇电子的是A.电子对效应B.光电效应C.康普顿效应D.轫致辐射E.瑞利散射答案：B练习题电子对效应作用过程中，下列叙述不正确的是A.它涉及光子与原子核间的作用B.此过程的入射光子低限能量为1.02MeVC.此作用会产生正、负电子对D.所产生的两个正、负电子方向相反E.慢化的正电子与自由电子结合，将向相反方向射出两个0.51MeV光子答案：D练习题康普顿效应的发生概率A.与物质原子序数和光子能量成正比B.与物质原子序数和光子能量成反比C.与物质原子序数成正比，与光子能量成反比D.与物质原子序数成反比，与光子能量成正比E.受到原子边界限吸收的影响答案：C练习题入射能量为5MeV的光子与物质发生电子对效应，若产生的正、负电子的动能相等，则正电子的动能约为A.5MeVB.4MeVC.3MeVD.2MeVE.1MeV答案：D练习题X射线与人体组织相互作用导致强度减弱，其主要原因为A.吸收和散射B.衰变C.轫致辐射D.电子对效应E.瑞利散射答案：A练习题各种效应对射线照相质量产生的影响是A.康普顿效应有利于提高照相对比度B.电子对效应有利于提高照相对比度C.光电效应有利于提高照相对比度D.光电效应容易产生散射线，造成照片的灰雾E.X射线摄影中，低能射线在软组织中差别不明显答案：C练习题光电效应的发生概率与物质原子序数的多少次方成正比A.1B.2C.3D.4E.5答案：D练习题对低原子序数物质，光电效应主要发生在A.K层B.L层C.M层D.K层和L层概率均等E.L层的概率占80%,比K层高出4~5倍答案：A练习题光电效应的发生概率与人射线波长的多少次方成正比A.1B.2C.3D.4E.5答案：C第三节X射线与物质相互作用的其他过程一、相干散射射线与物质相互作用而发生干涉的散射过程，在低能射线范围内以瑞利散射为主瑞利散射：入射光子被原子内壳层电子吸收并激发到外层高能级上，随即又跃迁回原能级，同时放出一个能量与入射光子相同，传播方向发生改变的散射光子不产生电离相干散射的发生几率与物质原子序数成正比，并随光子能量的增大而急剧地减少在整个诊断X线能量范围内都有相干散射发生第三节X射线与物质相互作用的其他过程二、光核作用一个光子从原子核内击出数量不等的中子、质子和γ光子的过程条件：光子能量大于该物质发生核反应的阈能(在诊断X线能量范围内不可能发生)可产生中子和放射性核素第四节

各种作用发生的相对概率Z和hv与三种基本作用的关系光电效应的优势区间：低能光子、高原子序数物质

康普顿效应的优势区间：0.8~4MeV光子

电子对效应的优势区间：高能光子在20~100keV诊断X能量范围内，只有光电效应和康普顿效应，电子对效应不可能发生第四节

各种作用发生的相对概率X射线引发效应总结第四节

各种作用发生的相对概率诊断放射中各种基本作用发生的几率低管电压、高原子序数(阳性造影剂)以光电效应为主高管电压、低原子序数以康普顿效应为主小结射线在医学中的应用基础是射线与组织的相互作用，在诊断X射线能量范围内，光电效应、康普顿效应所占的比例最大。光电效应是一种全吸收效应，入射光子的能量完全被组织吸收，因此不产生散射线，对于低对比度组织成像，提高光电效应发生几率可以提高影像对比度分辨率，但会增加软组织对射线的能量吸收。康普顿效应是一种散射效应，在高千伏摄影及胸腹部X线摄影时必须使用滤线栅以消除散射线对影像质量的影响练习题在入射光子能量较低时，除低原子序数物质以外的所有元素，主要产生A.光电效应B.康普顿效应C.轫致辐射D.电子对效应E.瑞利散射答案：A练习题入射光子能量在0.8~4MeV时，主要产生的作用是A.电离B.轫致辐射C.康普顿效应D.电子对效应E.相干散射答案：C练习题在20~100keV的诊断X射线能量范围内，起主要作用的是A.光电效应和康普顿效应B.仅光电效应C.康普顿效应和电子对效应D.电子对效应为主E.光电效应和电子对效应答案：A练习题对20keV的低能X射线，各种物质产生的效应有A.康普顿效应为主B.光电效应为主C.电子对效应为主D.康普顿效应和电子对效应E.光电效应和电子对效应答案：B练习题对引入体内的对比剂（碘剂和钡剂），